清远抽水蓄能电站1号机组调试遇到的问题及分析

陈泓宇，刘 旸，何伟晶，宋继男，程振宇

（1.中国南方电网调峰调频发电公司清远蓄能发电有限公司，广东 清远 511853；2.东芝水电设备（杭州）有限公司，浙江 杭州 310020；3.阿尔斯通水电设备（中国）有限公司，天津 300300）

清远抽水蓄能电站1号机组调试遇到的问题及分析

陈泓宇1，刘 旸2，何伟晶1，宋继男3，程振宇1

（1.中国南方电网调峰调频发电公司清远蓄能发电有限公司，广东 清远 511853；2.东芝水电设备（杭州）有限公司，浙江 杭州 310020；3.阿尔斯通水电设备（中国）有限公司，天津 300300）

针对清远抽水蓄能电站1号机组调试运行过程中发现并处理的主要问题进行分析和总结，为今后机组的运行及抽水蓄能新机组的设计与制造积累了经验。

蓄能电站；机组调试；分析；经验

1 前言

未来10年，我国抽水蓄能电站工程建设将进入高速发展期，新增装机容量约5400万kW。“十三五”期间，国家将开工建设20余座百万级抽水蓄能电站，蓄能机组迈向700m水头和40万kW级别，主辅机设备将全面实现国产化。大型抽水蓄能电站大都采用的是高水头、大容量、高转速的可逆式蓄能机组，机组运行工况转换频繁，控制流程复杂，调试难度大和周期长，双机甩负荷、多机甩负荷、球阀动水关闭等大型试验项目风险高，大型抽水蓄能电站设计与调试越来越重要。总结和研究大型抽水蓄能电站调试关键技术，可为国内外同类电站提供有益的参考，具有重大的意义。

清远抽水蓄能电站机组设备在制造和安装期间对品控要求严格，调试进展顺利，52d完成了首台机组全部调试项目，但在调试过程中也发现一些缺陷和问题，首台机组的调试也基本能暴露出设计上的缺陷和问题。本文针对机组调试运行过程中发现的主要问题进行分析，积累了宝贵的经验，希望能给在建或拟建蓄能电站机组调试提供有益的借鉴。

2 水泵水轮机调试遇到的问题及处理

（1）压水供气液压阀及球阀下游密封锁定在停机状态自行退出的故障

2015年9月5日1号机组动态调试期间，发现压水供气液压阀20DA2在机组停机状态下自行开启，造成压水气罐非工作状态向尾水管供气的异常现象；同时，进水阀下游密封锁定也自动退出。经分析和测试，这是由于调速器液压系统在停机状态下，油泵停止运行、隔离阀关闭，主配压阀渗漏、泄压而使调速器液压系统管路失压所致。因此，在消缺期间对其进行了改造，除主配压阀供给油路外，将经主要电磁阀的压力油主管路直接与压力油罐连接，并在连接处设置一个常开的截止阀，确保大部分电磁阀在机组停机时也能一直保持油压状态，详见图1。

上述技术改造不但解决了机组停止时压水供气液压阀20DA2自行开启和进水阀密封锁定自动退出的故障，还能根据需要进行水泵水轮机液压排气阀20EA1，20EA2的开闭操作。同时也确认，在24h内压力油罐的油压仅降低了0.05MPa，油面降低值没有超过2mm，全方位达到了改造的预期效果。

（2）控制环导向块铜沉头螺栓剪断

2015年10月9日1∶17做回水建压试验时，发现有一块控制环内侧固定导向滑块的铜沉头螺栓全部被剪断，导向块滑出。经研究分析，决定采取在导向滑动块左右两侧加焊止动块、螺钉设计优化、安装加强控制等处理措施，同时对更换后的铜沉头螺栓做材料抗拉强度检查，要求抗拉强度≥390MPa，详见图2和图3，安装时仔细清理控制环和导向滑块摩擦面，要求滑动面无油漆，重新进行复核力矩的开关导叶试验，证实控制环运行正常无卡阻现象。自1号机组投商运以来运行情况良好，其他机组也采取了同样的方案，有效防范了因安装、设计等原因造成过大的摩擦力传递到其固定的螺钉上导致螺钉断裂的隐患。

图1 增加压力油主管路直接与压力油罐连接示意图

图2 更换前后铜沉头螺栓对比

（3）1号机组调试过程中PC转P时水轮机噪音偏大

PC转P回水调试过程，水机发出尖锐的汽笛声，查看监控SOE和现场水车室实测，有以下现象：①建压压力到达4.2MPa左右，声音开始突然增大，持续时间约有7s；②导叶打开一定开度后，噪音瞬间消失。

图3 止动块焊接示意图

水泵在回水建压完成状态下，转轮侧受到的闭压力比蜗壳侧的压力要高，在这个状态下通过打开导叶能够顺畅的切换到抽水运行工况。因此，在水泵启动时回水建压完成的状态下，由于转轮侧的压力比蜗壳侧压力高，变成了活动导叶开方向的力矩在作用。转轮侧闭压力和蜗壳侧压力的相互作用是噪音产生的主因。因此分析认为将转P工况运行的持续时间缩短，并迅速打开活动导叶的方法是有效的。

为了尽量抑制噪音的发生，决定降低回水压力63WP的设定值，经反复试验，回水压力63WP的最终设定值调至了4.0MPa，噪音持续时间只有0.5s以下，而且机组在运行期间各种水头下均基本消除了这种噪音。

3 电动发电机调试遇到的问题及处理

（1）高压油顶起装置压力下降

1号机动态调试初始，机组启动打开导叶的过程中，推力轴承高压油顶起装置注油泵出口压力多次从静态调试过程中的整定值12.8~13.2MPa（设计值为13.7MPa）下降至低于10.8MPa的跳机整定值，导致机组QSD动作，造成启动失败。

经分析，采取调整各块推力瓦接通油路上的节流阀调节各块推力瓦注油压力、流量的方法，直至各推力瓦溢油量无明显差异，并检测各推力瓦油膜厚度予以验证。最终按溢流阀溢流压力13.7MPa、高压注油泵出口压力下限10.8MPa、单块推力瓦流量相互差值不大于100mL/min的设计要求进行了调整，机组投入运行实测机组启动运行后高压注油泵压力一直波动在12.97~13.56MPa，平均稳定值为13.3 MPa＞跳机整定值10.8MPa，推力瓦顶起高度（相当于油膜厚度）为0.09mm，均符合设计要求。

通过正确有序的调整，使得推力轴承高压油顶起装置进入安全高效状态，能够保证机组正常稳定运行。

（2）定子集电环侧绝缘盒环氧渗出的现象

在1号机组调试期间发现定子集电环侧绝缘盒环氧有40多处渗出的现象，2015年10月23日G工况温升结束后，点检发现贴上的测温条情况：绝缘盒温度100℃，线棒上＞110℃。

为寻找发生流胶的具体位置并分析流胶的原因，要求厂家将典型的流胶绝缘盒解剖，并进行相关试验分析。从绝缘盒解剖情况看，存在流胶问题的只是绝缘盒底部作为防止主体环氧树脂灌注时漏出的环氧腻子，绝缘盒内作为主体绝缘的灌注环氧树脂的固化状态良好。

因此底部流胶的绝缘盒满足绝缘要求，判断流胶是由于灌胶前用于封堵的环氧腻子搅拌不均造成的，而主绝缘的环氧树脂状态良好，不需要做处理，清扫干净流出的流胶可以长期运行。

（3）上导磁翻板油位计故障

2015年，在9月18日20∶39启机进行电气制动试验时，出现上导磁翻板油位计被磁化误动和监控显示不稳定，经分析后采用上导油位计移出定子机座外的办法，得到解决。

（4）机组定子线圈温度变化跳变不稳定

1号机组调试过程，当定子电流升高后，发现定子RTD温度特别是线棒中部温度测值上下波动达30多℃，定子电流降低后，测值又恢复稳定，判断为干扰因素影响。检查发现在发电机机坑端子箱和机坑外控制柜的电缆屏蔽线均两头接地，定子RTD有两个接地点形成了干扰信号，解除机坑端子箱电缆屏蔽线接地，防止温度跳变的措施有两个：①将发电机中间层风洞里边的电子线圈端子箱中的屏蔽层接地端不接地，CSCS的配电柜端的屏蔽层接地端接地。这样PT100测量回路屏蔽层一端接地保证无共模电压干扰。②由于会有一部分电磁干扰，因此在PLC测量模块的软件中设置channelhardwarefilter方式，信号强度选择strong。并在软件用梯度中位值平均滤波法处理，定子RTD温度恢复正常。运行以来一直稳定。

4 进水阀和调速器的问题

（1）进水阀完成开启步骤无法关闭的故障

2015年8月29日1号机组在调试期间进行球阀启闭试验,当球阀完成开启步骤进行关闭时出现无法关闭的现象，需要手动关闭操作水的手动阀,并将操作水手动泄压后，球阀才能关闭。初步分析系主配压阀关腔侧弹簧作用力偏小，不足以克服水流压力，造成进水阀机械控制柜主配压阀无法动作，从而导致进水阀不能自动关闭。经过叠加弹簧多次试验，当叠加的弹簧压缩至454mm高度时主配能正常动作而关闭进水阀，证实了之前的分析判断正确。

最终，对球阀主配压阀阀芯尺寸和弹簧进行了重新设计改造，使得阀芯在开启状态时保持开启的力从原来的47262N减小至14982N。即使机组发生甩负荷时7.69MPa的水锤压力，阀芯保持开启的力也从原来的64441N减小为20438N；加上阀芯运动时密封条的摩擦力，阀芯保持开启的最大力达到20438+4933=25371N。同时对弹簧进行了重新设计，使其复归力增大到8214N。至此，球阀主配压阀完全具备了自主关闭功能。

目前清蓄电站1号～4号机组主配压阀芯、衬套及复归弹簧已全部更换完成，其在机组运行过程中使用情况一切正常。

（2）导叶在慢关段出现快关异常

由于调节保证计算要求，导叶快关段关闭时间8.4s，慢关时间91s，拐点76%，快关段和慢关段关闭速度差别约10.8倍，调节器计算的开度受到慢关时间所决定的机械节流片的限制，当机组在80MW下甩负荷时，导叶开度从36.41%降到0的波形中明显观察到有一段快关之后才进入到慢关的异常状态（图4）。

图4 回油管未加单向阀前甩1/4负荷

经分析，采取了在回油管上加单向阀的方法解决了这个问题。如图5，改进后关闭规律符合调保计算的要求，没有快关段，从而有效平衡了引水系统过压和机组过速。

图5 回油管加单向阀后甩1/4负荷

同时，我们还注意到，机组在76%开度以下调节负荷时，由于机组具有惯性，在升负荷过程中负荷容易超调。这可通过增加接力器的开机时间,即使开机时间和慢关段时间达到一个合适的比例予以解决。这个经验对于高水头，多机一管的引水系统慢关相对较慢的机组的调速器设计具有很强的借鉴意义。

5 其他辅助设备调试遇到的问题及处理

（1）SFC变压器保护励磁涌流误动

处理方法：投入交叉闭锁功能，即在A、B、C任意一相监测到二次或高次谐波，即闭锁其他两相，以防止误动。

（2）SFC拖动PC工况首转反转

2015年9月29日12∶20进行SFC拖动PC工况首转，结果发现反转，方向与发电工况一致；由于启动硬母线设计时未考虑换向，如重新换向工程量大，且耽误时间；故2015年10月3日通知ABB公司派专人修改了程序。修改程序后于10月3日11∶00PC启动、11∶01SFC启动完成，机组旋转方向正确。

（3）高压顶起油泵交流开关异常脱扣

处理方法：由于西门子交流电机启动电流实测值偏高，超出设计手册启动倍数，按启动电流实测值调整开关型号。

（4）当TB70流程换相刀分闸令发出后换相刀未分开

处理方法：将换相刀闸的分闸控制逻辑做如下修订：满足以下所有条件时，出口发出“断开换相刀闸命令”（Q1.4）：①机组停机流程相关步命令（需保持到换相刀闸已断开）；②换相刀闸可用；③GCB在断开位置；④拖动刀闸在断开位置；⑤启动刀闸在断开位置；⑥换相刀闸不在断开位置。

6 结束语

本文汇集了清远抽水蓄能电站调试过程中遇到的主要问题和解决办法，经1~4号机组投产运行情况证明解决办法是成功的，为今后机组的运行及抽水蓄能新机组的设计与制造积累了经验：

（1）蓄能机组启动调试涉及专业面广、安全风险高、技术复杂、组织难度大。做好启动组织、技术措施研究，制定详细、操作性强的启动调试大纲和技术措施方案并严密组织实施是确保机组启动调试安全质量的关键。

（2）大型抽水蓄能机组辅助设备，包括自动化零件的可靠性对机组整体调试有着重要影响，在招标阶段就应对这部分设备严格控制。同时，机组静态调试，特别是首台机组涉及相关公用设备调试，应尽可能提前规划开展。

（3）新机调试是一项工作量巨大、系统复杂、现场不安全及不可控因素众多的工作，为了保证新机调试的有序开展，应对设备调试过程各方职责、调试各阶段主要工作内容和流程进行系统思考及梳理。

（4）由于清蓄电站为单回路出线设计，需要进行多机甩负荷试验，安全风险较高,要特别采取相应的安全防范应急措施。尤其是水力调保计算拟请第三方复核，并制定详细试验方案，试验结果经复核没有问题后才能进行下一步。

（5）大型抽水蓄能机组主机设备一般很难兼顾机组效率和无叶区脉动要求，目前调研三十多个抽水蓄能电站，极少能完全满足合同要求。而清远抽水蓄能4台机组经试验表明在额定工况和水头下无叶区脉动试验5.8%，小于合同7%，模型试验最高效率水轮机91.7%，水泵91.56%，均满足合同要求，也为后续蓄能电站机组关键技术提供了样板。

[1]白延年.水轮发电机设计与计算[M].北京：机械工业出版社，1982.

[2]何少润，陈泓宇.清远抽水蓄能电站主机设备结构设计及制造工艺修改意见综述[J].水电与抽水蓄能，2016(5).

[3]陈泓宇.清远抽水蓄能电站三台机组同甩负荷试验关键技术研究[J].水电与抽水蓄能，2016(5).

[4]杜荣幸，陈梁年，德宫健男，等.清远抽水蓄能电站长短叶片转轮水泵水轮机研究及模型试验 [J].水电站机电技术，2015(2)：12-15.

TV743

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1672-5387（2017）05-0080-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.05.020

2016-07-20

陈泓宇（1975-），男，工程师，从事电力系统运行检修和基建工作。